2 [例題8]アドレスの受け渡し

2.1 サブルーチンを実現するために必要なこと

プログラムの規模が大きくなると，その動作の内容が分かりにくくなる．また，似たよう な処理が増えてくる．そのため，プログラムを機能毎に分割することが行われている．機 能毎に分割した，専用のプログラムを利用するのである．このことにより

• 同じような機能のプログラムは1回だけ書いて，それをプログラムのいろいろな 場所から呼び出して何回もう．
• プログラムが機能毎に分かれているので，ソースが分かりやすくなる．

というようなメリットが生じる．この機能毎に分割したプログラムの単位をサブルーチン と言う．いわゆるプログラムの部品みたいなものである．一般には，サブルーチンは簡単 な機能を持つ単純な構造にする．複雑な動作をするものが一つあるよりも，単純なものを組 み合わせて複雑な動作をさせる方が簡単である．

実際のプログラムでは，図1の様な構造となる．一番左のSTARTから ENDのラインがメインルーチンである．そして，処理Aから処理Dのラインが，それぞれサ ブルーチンとなっている．このようにサブルーチンが集まり，プログラムができあがる． 実際の動作は，呼び出されたサブルーチンが順次動作し，プログラムが実行される．

図 1: サブルーチンを使ったプログラムの構造

サブルーチンはプログラムの部品であると先程述べた．それが部品となるためには，他の プログラムにも転用可能である必要がある．ボルトは機械要素の部品である．これは，自 動車にも使えるし，飛行機，冷蔵庫などあらゆるものに使える．自動車にしか使えないボ ルトとなると用途が限られ，部品としては役割が小さくなる．部品として有用になるため には，汎用性が重要となる．サブルーチンも同じで，これが有用となるためにはどのプロ グラムでも使えるようにしなくてはならない．

このような観点から，教科書 [1]の[例題7]のプログラムを見る．そのプ ログラムはリスト1の通りで，最大値を検索サブルーチンを使ったプ ログラムとなっている．9〜20行がサブルーチンである．このサブルーチンの部分を他の プログラムで使おうとすると，DATAとMAXの部分を書き直す必要がある．プロ グラム毎に書き直す必要があるので汎用性があるとは言い難い．あまり良いサブルーチン とは言えない．

サブルーチンのプログラムを書き換えることなく，他のプログラムでも使えるようにしな くてはならない．そのためには，重要なデータ，ここではDATAやKOSUU， MAXを引数として受け渡しすればよい．実際のプログラム方法は，教科書のList5-8 で学習する．

[caption=サブルーチンを使ったプログラム例,label=prog:List_5_7] program/text_list_5_7e.cas

2.2 データの渡し方

教科書のp.102にちょっと分かりにくいプログラムが載せてある．C言語が分かる人はこ こで何が言いたいか分かるが，諸君は学習していないのであまりにも唐突に思えるだろう． 分からない人は，気にしないでも良い．

サブルーチンにデータを渡す方法は，2種類ある．アドレス渡しと値渡しで ある．図2のようにメモリーにデータがあるとする．アドレス #0042のデータ#1234 をサブルーチンで処理する場合，それを渡す必要があ る．この場合，

アドレス渡し

処理するデータのアドレス#0042をサブルーチンに渡 す．この場合，サブルーチンはアドレスを知ることが出きるので，#0042 番地の 内容を書き換えることができる．

値渡し

処理するデータの値#1234をサブルーチンに渡す．この場合， サブルーチンはアドレスが分からないので，#0042 番地の内容を書き換えること ができない．

である．いずれにしても，サブルーチンは，処理すべきデータ#1234を知ることがで きるが，アドレス#0042の内容を書き換えることができるか否かが異なる．

どちらの方法を使うかは，処理の内容により異なる．諸君が経験を積めば，どちらを使う べきか分かるだろう．ここでは，そこまで踏み込まないことにする．

図 2: サブルーチンへ処理すべき内容を渡す方法

2.3 教科書の例

教科書の[例題8]は，[例題6]や[例題7]同様，最大値データの最大値を求めるプログラム である．これらのプログラムで解く問題は，

• ラベルDATAが示すアドレス以降に，整数のデータが格納されている．
• 格納されているデータ数は，ラベルKOSUUが示すアドレスに格納されている．
• 格納されている整数データの最大値を捜し，ラベルMAXが示すアドレスに格 納する．

である．同じ問題を解いているが，それぞれプログラムの方法が異なっており，少しずつ プログラムが以下のように進化している．

• [[例題6]]メインルーチンだけで最大値を求めているため，プログラムの処 理が分かりにくいプログラムとなっている．
• [[例題7]]サブルーチンを使って分かりやすいプログラムになっているが， サブルーチンの汎用性が無い．
• [[例題8]]サブルーチンが汎用性があり，他のプログラムでも修正無しで使 えるようになっている．

すでに，[例題7]までの学習は完了している．ここでは，[例題7]から[例題8]への進化の 過程を学習する．ここでの進化は，最大値を捜す関数の独立性を高め，サブルーチンを書 き換えることなく，他のプログラムに移植可能にしたことである．それを可能にするため には，サブルーチン内では，DATAやKOSUU，MAXという文字を書かないこ とである．しかし，これらはサブルーチンでの処理上，極めて重要なデータとなっている ので，そのデータの内容はサブルーチンに伝える必要がある．このような場合，引数を使 うのが常套手段である．教科書のList 5-8では，次節に示すように，汎用レジスターを使っ てデータの受け渡しをしている．このようにすると，呼び出し側でレジスターに入れる変 数を変えるだけで，サブルーチンはどのようなルーチンからでも呼び出しができるように なる．

汎用的なサブルーチンは，どんなプログラムからでも呼び出しができるようにしなくては ならない．[例題10]のList5-10では，割り算のサブルーチンが使われており，これは頻繁 に使われるので，レジスターを使ってデータを渡している．どんな呼び出し元であれ，レ ジスターの値を変えるだけで，サブルーチンに処理を依頼できる．

2.4 プログラムの構造とフローチャート

このプログラムのフローチャートを図3に示す．このプログ ラムを理解するために，ここで使われているレジスターやラベルの内容を表 4に示しておく．

汎用レジスターのGR1とGR2，GR3を使って，サブルーチンで処理に必要な データDATAやKOSUU，MAXを送っている．こうすると，他のルーチンから もデータの先頭アドレスと個数，最大値を格納するアドレスを送れば，このサブルーチン が処理できる．ほかのルーチンでのラベル名が異なっても，このサブルーチンが使えるの である．

サブルーチンでは，GR1〜GR5を使って処理をしている．サブルーチンが終了す るときには，メインルーチンで使っているこれらのレジスターを元に戻さなくてはならな い．サブルーチンがメインルーチンの動作に関与する可能性が生じるからである．そのた めに，次のような動作が必要である．

• サブルーチンでは，最大値を求める処理に先立って，レジスターの値をスタック 領域に待避させる．
• 最大値を求める処理が終了した後，メインルーチンに戻る前に，スタック領域に 待避させたレジスターの値を元に戻す．

これらのことを，PUSHとPOP命令を使って，処理している．

表 1: 汎用レジスターとメモリの内容

	メインルーチン	サブルーチン
DATA	データの先頭アドレス	未使用
KOSUU	データ数が格納されたアドレス	未使用
MAX	最大値を格納するアドレス	未使用
GR1	データ数	データ数-1
GR2	データの先頭アドレス	比較するデータのアドレス
GR3	最大値を格納するアドレス	最大値を格納するアドレス
GR4	未使用	カウンター(比較済みデータ数-1)
GR5	未使用	比較するデータ

図 3: 教科書のList 5-9のプログラムの構造とフローチャート

ホームページ: Yamamoto's laboratory
著者: 山本昌志